信号与系统(MATLAB版 微课视频版 第2版) 课件 5-3 离散时间系统的响应——时域分析.ppt

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5.3离散时间系统的响应——时域分析时域求解常系数线性差分方程的常用方法有:1.递推法2.时域经典法3.全响应法

5.3.1差分方程的时域求解1.递推法描述N阶离散时间LTI系统的N阶后向常系数差分方程已知N个初始状态和输入依据该式可递推求得递推法思路清晰,便于编写计算程序,可方便得到差分方程的数值解,但不易得到解析形式的解。

例5-11一阶系统的常系数线性差分方程为已知系统初始状态输入为用递推法求解差分方程。解:由差分方程得则

后向N阶常系数线性差分方程的齐次方程为2.时域经典法单输入、单输出的离散时间LTI系统,描述激励与响应之间关系的N阶常系数差分方程的解,由齐次解和特解两部分组成。齐次解的形式由齐次方程的特征根确定,特解的形式由差分方程中激励信号的形式确定。⑴齐次解

特征方程N阶差分方程有N个特征根①特征根为不等的实根即单根,齐次解的通式为②特征根为N阶重根,齐次解的通式为

③特征根有r重特征根,其余是单根,齐次解的通式为④特征根为共轭复根,齐次解的通式为式中的待定系数在全解(齐次解+特解)的形式确定后,再由给定的N个初始条件来求得。

⑵特解差分方程特解的形式与激励信号的形式有关。书P297:表5-3-1选定特解后,把它代入到原差分方程,求出其中的待定系数,就得出方程的特解。

⑶完全解①写出与该差分方程相对应的特征方程,求特征根,并写出其齐次解通式。②根据原差分方程的激励信号形式,写出其特解的通式。③将特解通式代入原差分方程求出待定系数,确定特解形式。④写出原差分方程的通解的一般形式(即齐次解+特解)。⑤把初始条件代入,求出齐次解的待定系数值,便可得到差分方程的全解。

3.全响应法离散时间LTI系统全响应由零输入响应和零状态响应组成。⑴零输入响应零输入响应是指激励为零时仅由初始状态所引起的响应,此时N阶差分方程为N阶齐次方程,当特征根为不等的实根,即单根时,零输入响应为其中,为待定系数,直接由N个初始状态来确定求解。

⑵零状态响应零状态响应是指初始状态为零时由输入信号所引起的响应,此时N阶差分方程为N阶非齐次方程,当特征根为不等的实根,即单根时,依据零初始状态条件,零状态响应为其中,待定系数,根据输入形式和零初始状态条件来确定求解。

⑶完全响应其中

5.3.2单位样值响应1.单位样值响应定义与作用意义如果系统的输入为单位样值信号,初始状态均为零,由产生的系统零状态响应定义为单位样值响应。单位样值信号和单位样值响应序列在离散时间系统时域分析中起着十分重要的作用。在离散时间系统中,激励信号本身是一个离散序列,所以离散激励信号序列中的每一个离散量施加于系统,离散系统就输出一个与之相应的响应量,所有响应量叠加起来,便得到系统对任意激励信号的零状态响应,也是一个离散序列。

激励信号序列单位样值响应时不变性齐次性叠加性零状态响应卷积和1.单位样值响应定义与作用意义

表明系统在任一信号激励下的零状态响应都能够通过单位样值响应与激励信号的卷积和来求解。研究单位样值响应的意义在于单位样值信号是一种基本信号,通过单位样值响应可求解任一信号激励下的零状态响应。通过单位样值响应还可研究系统的性质,它表征了系统本身的传递特性。

2.单位样值响应的求解⑴递推法求单位样值响应⑵等效初始条件的零输入响应法

5.3.3MATLAB实现例5-15已知描述某离散系统的差分方程为试用MATLAB绘出该系统的单位样值响应的波形。解:函数impz()是MATLAB为用户提供的专门用于求离散系统单位样值响应,并绘制其时域波形图的函数。在此题中,可以调用函数impz()来解决问题。在调用impz()时,需要用向量a和b来对离散系统的进行表示,因此a=[2-21],b=[132]。单位样值响应的长度是n。MATLAB实现程序如下

a=[2-21];b=[132];n=30impz(b,a,n);MATLAB绘制的系统单位样值响应波形如图所示。

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